CN217981936U - 一种光收发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光收发装置，该装置包括安装壳体以及位于安装壳体内部的光收发模块，光收发模块包括依次位于光信号传输路径上的聚焦透镜、阵列波导光栅和至少两个光电探测器；阵列波导光栅的阵列波导光栅输入端面位于聚焦透镜的焦平面上，阵列波导光栅输出端面包括至少两个输出不同波长的子输出端面；其中，光电探测器的探测面与阵列波导光栅的子输出端面一一对应；光电探测器进行光电转换后通过光电探测器的电信号输出端传输到光电转换接口，本实用新型实施例提供的光收发装置，该装置具有结构简单易操作、光路无胶、封装尺寸小、光学性能稳定等优点，适合大规模生产，同时满足100G/200G/400G高速光通讯域内应用的要求。

Description

一种光收发装置

技术领域

本实用新型实施例涉及光模块传输技术领域，尤其涉及一种光收发装置。

背景技术

随着通信网络5G时代的到来，现今的网络传输容量已逐渐不能满足用户的需求，因此必须进一步提升信息***传输容量及传输性能。

现今采用多通道光信号并行收发的QSFP+LR4、QSFP+IR4、QSFP28等光模块在数据中心及通信网络中的作用起来越明显，作为光通信的核心器件之一的光模块，其封装方式及结构直接影响光模块的性能及成本。

光模块的作用是进行光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。光接收/发射次模块(简称“ROSA/TOSA”)是收发模块中的核心器件，随着现在市场的需求增加，对产品的成本和性能要求也越来越高。目前在光通信，数据中心的光模块中，由于受限于产品的应用空间，因此，为了提供产品的密度，和容量，就必须提高产品的单通道的速率，以及增加产品的通道数目。在很多情况下，需要在光模块中做多路并行的设计方案。那么光模块之间需要通过光纤来传输，而且光模块之间是采用跳线来对接的，这样成本会比较高，并且光模块的体积也会比较大。

因此部分供应商采用了阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，简称AWG)芯片来替代传统的光学棱镜分光方式，该方式不仅提高了单个通道的传送容量与传输效率，且在体积上也占有很大优势，因此备受人们的广泛关注。

光接收/发射次模块主要是由阵列波光栅芯片、阵列光栅二极管或者激光芯片、输入端和输出端光纤尾纤组件以及控制电路板组装而成。传统的光纤次模块中通常要用到两个光纤阵列，阵列光栅芯片输入端先组装成一个光线阵列，后再与阵列波导芯片的输出端组成一个光纤阵列和阵列光电二极管偶和对接，因此结构比较复杂，成本也较高，特别地，和阵列光栅二极管耦合对接的光纤阵列，其光纤端裸露在外很容易遭到破坏和损伤，因此使用时需要很小心谨慎，完全不适合批量化的生产需求。并且使用两个光纤阵列以后会造成产品性能的直线下降，损耗较大。相类似地，传统的光发射次模块中需要一个或多个激光器芯片分别耦合光纤后输出，多路光纤组装成光纤阵列和阵列波导光栅相连，同样结构复杂，体积较大，且操作性差。

现有技术中，在光路传输中，采用胶材将阵列波导光纤芯片直接贴装在陶瓷板上，它的优点是材质与玻璃主体的材质热膨胀系数相近，通过极薄的胶连接，温度可靠性高；但它的缺点也相当明显，由于折射角的限制，玻璃主体较长，进而导致器件长度较长，另外光路有胶的结构对胶的热稳定性、抗湿气稳定性、折射率匹配、长时间光照等因素具有较高的要求，影响光传输效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种光收发装置，该装置具有结构简单易操作、光路无胶、封装尺寸小、光学性能稳定等优点，适合大规模生产，同时满足100G/200G/400G高速光通讯域内应用的要求。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光收发装置，包括安装壳体以及位于所述安装壳体内部的光收发模块，所述光收发模块包括依次位于光信号传输路径上的聚焦透镜、阵列波导光栅和至少两个光电探测器；

所述阵列波导光栅包括阵列波导光栅芯片、阵列波导光栅输入端面和阵列波导光栅输出端面；所述阵列波导光栅输入端面位于所述聚焦透镜的焦平面上，所述阵列波导光栅输出端面包括至少两个输出不同波长的子输出端面；其中，所述光电探测器的探测面与所述子输出端面一一对应；

所述安装壳体相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面包括光输入接口，所述光信号通过所述光输入接口进入所述安装壳体内经所述聚焦透镜聚焦后进入所述阵列波导光栅输入端面；所述第二端面包括光电转换接口，所述光电探测器包括电信号输出端，所述电信号输出端与所述光电转换接口电连接。

可选的，所述光收发模块还包括陶瓷贴片；

所述光电探测器固定设置在所述陶瓷贴片靠近所述阵列波导光栅输出端面的一侧。

可选的，所述光收发模块还包括第一固定块；

所述阵列波导光栅还包括第一表面，所述第一固定块固定设置在所述第一表面上且与所述陶瓷贴片固定设置。

可选的，所述阵列波导光栅还包括第一表面；所述光收发模块还包括第二固定块；

所述第二固定块固定设置在所述第一表面靠近所述聚焦透镜的一侧且与所述聚焦透镜的非聚焦面固定设置。

可选的，所述第二固定块包括参照坐标面，所述参照坐标面包括至少一个预设参照标记。

可选的，所述阵列波导光栅还包括第一表面，所述阵列波导光栅输入端面所在的平面与所述第一表面所在的平面的夹角为α，所述阵列波导光栅输出端面所在的平面与所述第一表面所在的平面的夹角为β，其中，7°≤α≤12°，7°≤β≤12°，且α≠β。

可选的，所述阵列波导光栅输入端面的PV值为PV1，所述阵列波导光栅输出端面的面精度PV值为PV2，所述阵列波导光栅输入端和输出端的端面表面光洁度比值为20/10；

其中，PV1＜1，PV2＜1。

可选的，所述阵列波导光栅输入端面和所述阵列波导光栅输出端面分别包括增透膜。

可选的，所述光收发模块还包括散热层；

所述阵列波导光栅还包括相对设置的第一表面和第二表面，所述散热层位于所述第二表面。

可选的，所述安装壳体还包括壳体底座；所述光收发模块设置于所述壳体底座上。

本实用新型实施例提供的光收发装置，该装置包括安装壳体以及位于安装壳体内部的光收发模块，光收发模块包括依次位于光信号传输路径上的聚焦透镜、阵列波导光栅和至少两个光电探测器；阵列波导光栅的阵列波导光栅输入端面位于聚焦透镜的焦平面上，阵列波导光栅输出端面包括至少两个输出不同波长的子输出端面；其中，光电探测器的探测面与阵列波导光栅的子输出端面一一对应；光电探测器进行光电转换后通过光电探测器的电信号输出端传输到光电转换接口，本实用新型实施例提供的光收发装置，该装置具有结构简单易操作、光路无胶、封装尺寸小、光学性能稳定等优点，适合大规模生产，同时满足100G/200G/400G高速光通讯域内应用的要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的一种光收发装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光收发模块的示意图；

图3为图2所示的光收发模块的侧视图示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种光收发模块的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。

实施例

本实用新型实施例提供一种光收发装置，基于100G/200G/400G高速光通讯域内应用的光收发模块封装产品。图1为本实用新型实施例提供的一种光收发装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种光收发模块的示意图。如图1-图2所示，本实用新型实施例提供了一种光收发装置，该装置包括安装壳体1以及位于安装壳体1内部的光收发模块2，光收发模块2包括依次位于光信号传输路径上的聚焦透镜21、阵列波导光栅22和至少两个光电探测器23；阵列波导光栅22包括阵列波导光栅芯片220、阵列波导光栅输入端面221和阵列波导光栅输出端面222；阵列波导光栅输入端面221位于聚焦透镜21的焦平面上，阵列波导光栅输出端面222包括至少两个输出不同波长的子输出端面2221；其中，光电探测器23的探测面与子输出端面2221一一对应；安装壳体1包括相对设置的第一端面11和第二端面12，第一端面11包括光输入接口110，光信号通过光输入接口110进入安装壳体1内经聚焦透镜21聚焦后进入阵列波导光栅输入端面221；第二端面12包括光电转换接口121，光电探测器23包括电信号输出端231，电信号输出端231与光电转换接口121电连接。

示例性的，结合图1-图2所示，该光收发装置包括安装壳体1以及位于壳体1内部的光收发模块2，安装壳体1可以采用金属外壳，起到保护光收发模块2的作用。光收发模块2包括依次位于光信号传输路径上的聚焦透镜21、阵列波导光栅22和至少两个光电探测器23，聚焦透镜21为双凸透镜，起到光准直和聚焦光信号的作用。

其中，阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)是基于不同波长的光相互间线性干涉的基本光学原理，既可以对单一光纤中的一束光线进行分离形成多波长光束自由传播；又可以对多波长光束复合形成一束光线自由传播，本实用新型实施例利用阵列波导光栅将单一光纤中的光信息分离形成多波长光束自由传播的过程，实现对光信号的接收和多通道传输。

例如，选用硅光子阵列波导光栅，在光收发模块2采用阵列波导光栅，可以更好的提高光接收/发射次模块的光电转化效率，通过该方式增加通道数目不会占用太大的体积，却可以实现1*4、1*8甚至1*N通道的转换。阵列波导光栅22采用单边或双边固定的方式固定在安装壳体内，聚焦透镜21与阵列波导光栅22采用无胶粘黏结构，设置阵列波导光栅输入端面221位于聚焦透镜21的焦平面上，经聚焦透镜21聚焦后的一束携带光信息的光信号经阵列波导光栅输入端面221进入到阵列波导光栅芯片220内由于不同波长的光相互间线性干涉分离成多个波长的光线经阵列波导光栅输出端面222耦合后出射，根据每个波长光线在阵列波导光栅输出端面222的覆盖区域，设置阵列波导光栅输出端面222包括多个子输出端面2221，在垂直多个子输出端面2221的输出端分别设置光电探测器(photodetector，PD)23，采用立式带有电路的光/电或电/光阵列光电二极管或激光芯片来实现光到电的转换，可以使装置更加灵活多变，更加节省空间，如图2中仅示出了3个光电探测器23阵列排布为例，满足至少3个波长的光线探测。

光电探测器23将接收到的光信号经内部光电转化电路转化成电信号，在安装壳体1内部，设置电信号输出端231与光电转换接口121电连接，通过电信号输出端231将携带光信息的电信号传输到光电转换接口121，光电转换接口121可以包括多个金手指，实现光电转换接口121与外部电信号接收设备(图中未示出)电连接，进行电信号传输，完成光电信号的接收和多通道传输。

需要说明的是，通常现有技术中将聚焦透镜21和阵列波导光栅22粘黏在一起，而本实施例的光信号依次经过聚焦透镜21、阵列波导光栅22和光电探测器23，在整个光收发装置的光路传输中，采用无胶粘黏结构，一方面可以避免因胶受热、长时间照射等问题而产生的光损耗，增加器件的使用寿命；另一方面，因光路采用无胶光路，可以减小器件体积，降低生产成本；再一方面，相比于现有技术中采用胶材粘黏的有胶光路，本实施例提供的无胶光路具备灵活性高、便于修改等优点，该方式使得封装变的简单，易于操作以及大规模生产。

在整个光收发装置的封装过程中，可以采用气密性封装方式，将光收发模块2安装在安装壳体1内，形成体积在5cm x 5cm x 5cm以内的一个封闭完整的光接收和光发送高速模块产品。同时，采用气密封装可以起到保护聚焦透镜21、阵列波导光栅22和光电探测器23的作用，提高器件的使用寿命。

综上，本实用新型实施例提供的光收发装置，该装置具有结构简单易操作、光路无胶、封装尺寸小、光学性能稳定等优点，适合大规模生产，同时满足100G/200G/400G高速光通讯域内应用的要求。

可选的，继续参照图1-图2所示，光收发模块2还包括陶瓷贴片24；光电探测器23固定设置在陶瓷贴片24靠近阵列波导光栅输出端面222的垂直立式一侧。

具体的，在阵列波导光栅输出端面222的垂直立式一侧，设置陶瓷贴片24，将光电探测器23固定设置在陶瓷贴片24靠近阵列波导光栅输出端面222的一侧，光电探测器23的电信号输出端231沿陶瓷贴片24表面贴附与安装外壳1的的光电转换接口121电连接，实现电信号传输。其中，陶瓷贴片24用于固定光电探测器23和散热的作用。

可选的，继续参照图1-图2所示，光收发模块2还包括第一固定块25；阵列波导光栅22还包括第一表面223，第一固定块25固定设置在第一表面223上且与陶瓷贴片24固定设置。

具体的，参照图1-图2所示，在阵列波导光栅输出端面222的一侧，设置第一固定块25，第一固定块25的材料可以为玻璃、陶瓷等散热较好、且膨胀系数较低的非导电材料等。将第一固定块25的一侧贴合固定在阵列波导光栅22的第一表面223上，并将陶瓷贴片24立式固定在第一固定块25的另一侧，以实现对陶瓷贴片24的支撑作用，陶瓷贴片24采用立式结构便于多个光电探测器23阵列排布，光电探测器23可以采用立式安装和卧式安装两种，优选的，采用立式安装，立式安装更加节省空间，更加灵活，便于操作。

可选的，继续参照图1-图2所示，阵列波导光栅22还包括第一表面223；光收发模块2还包括第二固定块26；第二固定块26固定设置在第一表面223靠近聚焦透镜21的一侧且与聚焦透镜21的非聚焦面固定设置。

具体的，参照图1-图2所示，在阵列波导光栅22的第一表面223靠近聚焦透镜21的一侧，设置第二固定块26，第二固定块26可以为硅晶片、玻璃材料等，将第二固定块26的一侧面与聚焦透镜21贴合固定设置，另一侧面与阵列波导光栅22的第一表面223贴合固定设置，其形状可以根据聚焦透镜21的焦平面的位置设置，例如图中采用“L”型结构设计，将起到固定聚焦透镜21的目的。

可选的，继续参照图1-图2所示，第二固定块26包括参照坐标面261，参照坐标面261包括至少一个预设参照标记。

具体的，参照图1-图2所示，例如，定义第二固定块26远离阵列波导光栅22的第一表面223为参照坐标面261，在参照坐标面261上设置至少一个预设参照标记，作为标准坐标，如图2中以“十”型结构为预设参照标记，在装配过程中，以“十”型结构为参照点，将聚焦透镜21粘接在带有标记刻度硅晶片或玻璃材料的垫块上，一起固定到阵列波导光栅22的第一表面223，使外端输入光达到聚焦透镜21准直聚焦后进入阵列波导光栅芯片220内，第二固定块26带有坐标以后，有利于更加准确的固定聚焦透镜21以及各个零部件的位置，提高入射光信号的传输效率。

图3为本实用新型实施例提供的一种光收发模块的侧视图示意图。在上述实施例的基础上，结合图1-图3所示，阵列波导光栅22还包括第一表面223，阵列波导光栅输入端面221所在的平面与第一表面223所在的平面的夹角为α，阵列波导光栅输出端面222所在的平面与第一表面223所在的平面的夹角为β，其中，78°≤α≤83°，78°≤β≤83°，且α≠β。

具体的，结合图1-图3所示，可以光学研磨和抛光加工的方法，将阵列波导光栅22的阵列波导光栅输入端面221和阵列波导光栅输出端面222进行研磨和抛光，使其两个端面与第一表面223存在一定的倾斜角，具体的，如图3所示，满足阵列波导光栅输入端面221所在的平面与第一表面223所在的平面的夹角α，78°≤α≤83°，经聚焦透镜21聚焦后的光信号更容易进入阵列波导光栅芯片220内，提高光线入射效率；同时，满足阵列波导光栅输出端面222所在的平面与第一表面223所在的平面的夹角β，78°≤β≤83°，使得分离后的多个波长依次分开出射，便于光电探测器23探测接收，提高光线出射效率。

在上述实施例的基础上，结合图1-图3所示，阵列波导光栅输入端面221的面精度的PV值为PV1，阵列波导光栅输出端面222的面精度的PV值为PV2，阵列波导光栅输入端和输出端的端面表面光洁度为20/10；其中，PV1＜1，PV2＜1。

其中，面精度指在整个有效范围的表面上，最高点(峰)与最低点(谷)之差，称为PV值(简称PV值)，其表明产品的表面平整度表面光洁度一般指表面粗糙度；表面光洁度一般指表面粗糙度(surface roughness)，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。采用高精度研磨和抛光设备，使得阵列波导光栅输入端面221和阵列波导光栅输出端面222的面精度均＜1，阵列波导光栅输入端和输出端的端面表面光洁度为20/10，可以减少光线在端面的散射，提高阵列波导光栅对光线的传输效率。

在上述实施例的基础上，结合图1-图3所示，阵列波导光栅输入端面221和阵列波导光栅输出端面222分别包括增透膜。

具体的，结合图1-图3所示，可以在阵列波导光栅输入端面221和阵列波导光栅输出端面222分别增镀增透膜，以提高偶入到阵列波导光栅输入端面221光线和从阵列波导光栅输出端面222耦出光的透过率，从而提高光传输效率，来降低光信号信息的损耗。

在上述实施例的基础上，继续结合图3所示，光收发模块2还包括散热层27；阵列波导光栅22还包括相对设置的第一表面223和第二表面224，散热层27位于第二表面224。

具体的，继续结合图3所示，阵列波导光栅22还包括相对设置的第一表面223和第二表面224，还可以在第二表面224贴附散热层27，如特殊散热材料，用于对阵列波导光栅22在高速传输信号时，进行散热处理。

图4为本实用新型实施例提供的另一种光收发模块的示意图。在上述实施例的基础上，结合图1和图4所示，安装壳体1还包括壳体底座101；光收发模块2设置于壳体底座101上。

具体的，进一步结合图1和图4所示，安装壳体1还包括壳体底座101，壳体底座101的材料可以为一种特殊可伐合金材料，壳体底座101用于支撑光收发模块2。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，本实用新型的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光收发装置，其特征在于，包括安装壳体以及位于所述安装壳体内部的光收发模块，所述光收发模块包括依次位于光信号传输路径上的聚焦透镜、阵列波导光栅和至少两个光电探测器；

所述阵列波导光栅包括阵列波导光栅芯片、阵列波导光栅输入端面和阵列波导光栅输出端面；所述阵列波导光栅输入端面位于所述聚焦透镜的焦平面上，所述阵列波导光栅输出端面包括至少两个输出不同波长的子输出端面；其中，所述光电探测器的探测面与所述子输出端面一一对应；

所述安装壳体相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面包括光输入接口，所述光信号通过所述光输入接口进入所述安装壳体内经所述聚焦透镜聚焦后进入所述阵列波导光栅输入端面；所述第二端面包括光电转换接口，所述光电探测器包括电信号输出端，所述电信号输出端与所述光电转换接口电连接。

2.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述光收发模块还包括陶瓷贴片；

所述光电探测器固定设置在所述陶瓷贴片靠近所述阵列波导光栅输出端面的垂直立式一侧。

3.根据权利要求2所述的光收发装置，其特征在于，所述光收发模块还包括第一固定块；

所述阵列波导光栅还包括第一表面，所述第一固定块固定设置在所述第一表面上且与所述陶瓷贴片固定设置。

4.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述阵列波导光栅还包括第一表面；所述光收发模块还包括第二固定块；

所述第二固定块固定设置在所述第一表面靠近所述聚焦透镜的一侧且与所述聚焦透镜的非聚焦面固定设置。

5.根据权利要求4所述的光收发装置，其特征在于，所述第二固定块包括参照坐标面，所述参照坐标面包括至少一个预设参照标记。

6.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述阵列波导光栅还包括第一表面，所述阵列波导光栅输入端面所在的平面与所述第一表面所在的平面的夹角为α，所述阵列波导光栅输出端面所在的平面与所述第一表面所在的平面的夹角为β，其中，7°≤α≤12°，7°≤β≤12°，且α≠β。

7.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述阵列波导光栅输入端面的面精度的PV值为PV1，所述阵列波导光栅输出端面的面精度PV值为PV2，所述阵列波导光栅输入端和输出端的端面表面光洁度比值为20/10；

其中，PV1＜1，PV2＜1。

8.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述阵列波导光栅输入端面和所述阵列波导光栅输出端面分别包括增透膜。

9.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述光收发模块还包括散热层；

所述阵列波导光栅还包括相对设置的第一表面和第二表面，所述散热层位于所述第二表面。

10.根据权利要求1所述的光收发装置，其特征在于，所述安装壳体还包括壳体底座；

所述光收发模块设置于所述壳体底座上。

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